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Funktionsweise

Dienstag 23. Januar 2007 von
Simon Praetorius
Die Bestandteile der EnigmaDie Bestandteile der Enigma
Die Enigma war etwa so groß wie eine Schreibmaschine und wurde in einer Holzkiste transportiert. Sie ähnelte den Rotormaschinen von Hebern, Koch und Damm in punkto Grundaufbau, sah äußerlich aber gänzlich anders aus (siehe Abbildung).

Die wichtigsten, von außen sichtbaren Bestandteile sind das Steckbrett (ab 1928) [5] - verschließbar mit einer Klappe [6], die Tastatur [4], ein Lampenfeld [8], in dem die Verschlüsselten Buchstaben angezeigt werden und ein Positionsmelder [9] für die Rotoren [10]. Diese befanden sich in der Maschine und konnten, indem man eine Klappe öffnet, ausgewechselt und neu angeordnet werden. Da die Enigma ein elektro-mechanisches Gerät war, benötigte sie Strom, z.B. durch Batterien, die sich im innern der Maschine befanden [2]. Es gab auch die Möglichkeit eine äußere Stromquelle anzuschließen. Um bestimmte Teile, wie die Lampen oder Kabel, zu testen, waren Maschinen ab der Seriennummer "A 4388" mit entsprechenden Kontakten versehen: Lampenprüfung rechts und links neben dem Lampenfeld [3], Kabelprüfung mit den äußerst rechten und linken Steckerbuchsen [7].

Als Zubehör wurden 6-10 Kabelverbindungen [11] für das Steckbrett und eine Bedienungsanleitung [1] beigelegt.

Es gab einige wenige "Spezial-Enigmas" mit denen 28 Buchstaben verschlüsselt werden konnten. Zum normalen Alphabet kamen noch die Buchstaben "Ä" und "Ü" dazu. Das "Ö" konnten sie nicht mit aufnehmen, da die Umkehrwalze eine gerade Anzahl an Kontakten benötigte (unten mehr dazu).

Alles zusammen wog dann etwa 20-30 Kg (je nach Ausführung) und musste, um eine ordentliche Geschwindigkeit garantieren und Fehler vermeiden zu können, von mindestens zwei Personen bedient werden.

Rotoren / Walzen


Ein Rotor/WalzeEin Rotor/Walze
Herzstück der Enigma sind die Rotoren. Auf ihnen sind, wie in Abbildung 04 zu sehen und auf Seite 11 beschrieben die Buchstaben des Alphabets zufällig permutiert angeordnet. In den Anfangsjahren (bis 19437) wurden drei Rotoren verwendet. Danach (bis 1942) fünf verschiedene Walzen und ab 1942 konnten die Funker aus acht Walzen drei auswählen, die in einer festgelegten Reihenfolge in die Maschine eingebaut werden sollten. Die Marine verwendete ab 1942 eine spezielle Form der Enigma, in die vier Rotoren eingesetzt werden konnten. Dazu gab es besonders dünne Walzen, so dass die Maschine nicht komplett neu gebaut werden musste. In das Rotorengehäuse passten nun drei normale Walzen oder vier dünne.

Schematische Darstellung der EnigmaSchematische Darstellung der Enigma
Die Walzen waren in Reihen geschalten und gegeneinander drehbar. Vor die Rotoren wurde eine feste Eintrittswalze installiert, welche die elektrischen Signale des Steckbretts auf die Rotoren, bzw. der Rotoren auf die Lampen umleitet. Am Ende der Walzenreihe war eine unbewegliche Umkehrwalze angebracht, die den Strom reflektiert.

Man besaß nun ein Chiffriersystem, welches ein kompliziert gebautes monoalphabethisches System darstellte, denn ganz gleich, wie viele Rotoren man hintereinander stellt, es zählte nur der Ein- und Ausgangsbuchstabe. Deshalb drehte sich ein Rotor nach jedem verschlüsselten Buchstaben um eine Position weiter. Es entstand nach jedem Weiterdrehen eine andere Substitution. Dies ist die Vorraussetzung für ein polyalphabetisches System.

Da eine Rotorumdrehung maximal 26 verschiedene Buchstaben liefern konnte, hat man die anderen beiden Rotoren auch noch rotieren lassen. War der erste Rotor eine Runde rum, wurde auch der zweite um eine Position wieder gedreht und wenn dieser eine Runde rum war, auch der letzte um eine Position weiter. Diese Fortbewegung ist zyklisch und kann mit einem Kilometerzähler verglichen werden. Damit wurde eine theoretische Periode von 26∙26∙26 = 17.576 erreicht. Im Vergleich zu 26 war dies eine gewaltige Zahl. Später baute man dann einen sogenannten „Ring“ ein, der einstellen konnte, an welcher Stelle sich der nächste Rotor weitergedreht.

Tabelle mit RotorbelegungenTabelle mit Rotorbelegungen
Der Kryptograph musste vor dem Eintippen der Nachricht die Rotorenposition einstellen. Diese erkannte er an dem im Positionsfenster erscheinendem Buchstaben. Er drehte dazu an einem Rändelrad, das über die Abdeckung herausragt, bis der gewünschte Buchstabe im Feld erschien.
Die innere Verdrahtung der Walzen, Ring- und Kerbenstellung sind auf dem Bild einmal aufgeführt.

Umkehrwalze


Die Umkehrwalze, auch Reflektor oder Reflektorscheibe genannt, wurde 1926 von Willi Korn entwickelt. Sie besaß nur an einer Seite Schleifkontakte, die mit einem anderen Kontakt an der selben Seite verbunden waren.
Dadurch wird der Strom reflektiert und es entsteht ein System, das „involutorisch“ ist. D.h. Wenn man einen Klartextbuchstaben eintippt, erhält man einen Geheimtextbuchstaben. Beim Entschlüsseln muss man bei gleicher Einstellung nur den Geheimtextbuchstaben eintippen um den Klartextbuchstaben zu erhalten.

Tabelle mit Belegung der UmkehrwalzenTabelle mit Belegung der Umkehrwalzen
Dank Umkehrwalze ist also zum Ver- und Entschlüsseln der selbe Schlüssel notwendig, wodurch das System ein „Symmetrisches Kryptoverfahren“ darstellt. Überdies hat das zu Folge, dass kein Buchstabe in sich selbst verschlüsselt werden kann. Das kann man auf Abbildung 6 gut nachvollziehen.
Auch die Reflektoren konnte man aus zweien auswählen, nur war der Wechsel viel schwieriger als bei einem normalen Rotor. Es gab auch zwei dünne Reflektoren, die bei der 4-Walzen-Enigma eingesetzt werden konnten.
Die Verdrahtung ist auf dem Bild einmal aufgeführt.

Ring


Der Ring wurde auch von Willi Korn nach dem Tod von A. Scherbius entwickelt und dient dazu, das System noch weiter zu verkomplizieren und eventuellen Spionen vorzubeugen. Er wird auf die Rotoren aufgesetzt und hat am Rande das Alphabet aufgedruckt. Indem man den Ring gegen den Rotor verdreht, konnte das tatsächliche vom scheinbaren Alphabet verdeckt werden und der Kryptograph sah nur das Alphabet auf dem Ring, nachdem er die Rotoren einstellt.

Auf der Innenseite des Rings befinden sich ein oder zwei Kerben. Diese dienten dazu, den Umspringpunkt des nächsten Rotors festzulegen, so dass sich der zweite Rotor beispielsweise nicht erst weiter dreht, wenn der erste bei „Z“ angelangt ist, sondern schon bei „M“.

Steckbrett


Das Steckbrett befindet sich an der Vorderseite der Enigma hinter einer verschlossenen Holzklappe. Es bestand aus 26 Buchsen, die den 26 Buchstaben des Alphabets zugeordnet waren. Mit einem Kabel (ca. 30cm lang mit 2 doppelpoligen Steckern) konnte man zwei der Buchstaben vertauschen, im Prinzip wie ein Reflektor. Es gibt verschiedene Angaben darüber, wie viele Kabel genutzt wurden. Theoretisch sind bis zu 13 möglich, wobei die höchste Sicherheit bei 11 erreicht wird (mehr im Kapitel Sicherheit).
Der deutsche und italienische Sicherheitsdienst benutzten Enigmas ohne solch ein Steckbrett.
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